In industrial settings, a common challenge associated with electrical machines is the lack of parameters, which are not always available from the machine manufacturer. These parameters play a crucial role in tuning the control gains of Field-Oriented Control (FOC). Traditional parameter identification methods, widely accepted in the literature, are the standard IEEE tests such as DC measurement, no-load test, locked-rotor test, and short circuit test. However, their implementation can be impractical as they necessitate additional equipment that may be costly and not readily accessible. This thesis addresses self-commissioning procedures as a solution to this challenge, aiming to automatically identify electrical parameters of machine equivalent circuits. Specifically, this study focuses on the Imperix motor testbench, comprising Induction Machine (IM) and Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Machine (SPMSM). Self-commissioning utilizes signal injection through a power converter and the available sensors, with minimal operator intervention and no additional equipment. For the SPMSM, the parameters under study include the stator resistance, the synchronous inductance, and the Permanent Magnets (PM)-flux. The resistance is estimated through DC current injection considering the inverter non-linearity. The synchronous inductance and its saturation characteristic are examined using high-frequency sinusoidal injection with and without DC bias via a Current Controller (CC), and square wave voltage injection through hysteresis control. The PM-flux is determined by accelerating the SPMSM using the IM as a prime mover in an open circuit configuration. This deviation from the standstill constraint of the self-commissioning procedure is necessary as the PM’s effect becomes visible only when the rotor speed is non-zero. For the IM, the stator resistance, the leakage inductance, the rotor resistance, and the magnetizing inductance are analyzed. The stator resistance and inverter non-linearity are identified using the same method as for the SPMSM. The leakage inductance is tested with a high-frequency sinusoidal injection with stepped DC bias, with which the saturation characteristic is built. Then, a DC-biased low-frequency sinusoidal injection identifies the rotor resistance. The magnetizing inductance is not identified in this work because of the extensive nature of the problem and time constraints. Comparison with standard IEEE tests serves as validation, demonstrating close alignment of the results, except for discrepancies in the unsaturated SPMSM synchronous inductance estimation. The introduced innovation involves adapting existing procedures, initially developed for other AC machines, to SPMSM applications, for which only limited literature is available. Overall, this work makes a valuable contribution to understanding the influence of inverter non-linearity and saturation behavior on parameter identification. It also opens the door to integrating saturation effects into control algorithms, which enables dynamic adjustment of FOC gains, potentially enhancing control performance. / I industriella miljöer är en vanlig utmaning i samband med elektriska maskiner bristen på parametrar, som inte alltid är tillgängliga från maskintillverkaren. Dessa parametrar spelar en avgörande roll för att ställa in kontrollförstärkningarna för fältorienterad kontroll (FOC). Traditionella metoder för parameteridentifiering, som är allmänt accepterade i litteraturen, är standard IEEE-tester som DC-mätning, nollbelastningstest, låst rotortest och kortslutningstest. Implementeringen av dessa kan dock vara opraktisk eftersom de kräver ytterligare utrustning som kan vara kostsam och svåråtkomlig. Denna avhandling behandlar procedurer för självavstängning som en lösning på denna utmaning och syftar till att automatiskt identifiera elektriska parametrar för maskinens ekvivalenta kretsar. Studien fokuserar särskilt på Imperix motortestbänk, som består av induktionsmaskiner (IM) och ytmonterad synkronmaskin med permanentmagnet (SPMSM). Självinkoppling är en stilleståndsprocedur som använder signalinjektion genom en kraftomvandlare och de tillgängliga sensorerna, med minimal operatörsintervention och utan extra utrustning. För SPMSM studeras parametrarna statorresistans, synkroninduktans och permanentmagneter (PM)-flöde. Motståndet uppskattas genom likströmsinjektion med hänsyn till växelriktarens olinjäritet. Den synkrona induktansen och dess mättnadskarakteristik undersöks med hjälp av högfrekvent sinusinjektion med och utan DC-bias via en strömstyrenhet (CC), och fyrkantsvåginjektion genom hysteresstyrning. Flödet PM bestäms genom acceleration av SPMSM med hjälp av IM som drivmotor i en öppen kretskonfiguration. Denna avvikelse från stilleståndsbegränsningen i förfarandet för självavstängning är nödvändig eftersom PM effekt blir synlig först när rotorhastigheten är skild från noll. För IM analyseras statorresistansen, läckinduktansen, rotorresistansen och den magnetiserande induktansen. Statorresistansen och inverterns olinjäritet identifieras med samma metod som för SPMSM. Läckageinduktansen testas med en högfrekvent sinusformad injektion med stegad DC-bias, med vilken mättnadskarakteristiken byggs. Därefter identifierar en DC-baserad lågfrekvent sinusinjektion rotorresistansen. Den magnetiserande induktansen identifieras inte i detta arbete på grund av problemets omfattande natur och tidsbegränsningar. Jämförelse med standard IEEE-tester fungerar som validering och visar att resultaten ligger nära varandra, med undantag för avvikelser i uppskattningen av den omättade synkrona induktansen för SPMSM. Den introducerade innovationen innebär att befintliga procedurer, som ursprungligen utvecklats för andra AC-maskiner, anpassas till SPMSM-tillämpningar, för vilka endast begränsad litteratur finns tillgänglig. Sammantaget ger detta arbete ett värdefullt bidrag till förståelsen av hur omriktarens icke-linjäritet och mättnadsbeteende påverkar parameteridentifieringen. Det öppnar också dörren för att integrera mättnadseffekter i regleralgoritmer, vilket möjliggör dynamisk justering av FOC-förstärkningar, vilket potentiellt kan förbättra reglerprestanda.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-345831 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Petta, Carla |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2024:59 |
Page generated in 0.002 seconds